EP0121037B1 - Speicherprogrammierbare Steuerung - Google Patents

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EP0121037B1
EP0121037B1 EP84100394A EP84100394A EP0121037B1 EP 0121037 B1 EP0121037 B1 EP 0121037B1 EP 84100394 A EP84100394 A EP 84100394A EP 84100394 A EP84100394 A EP 84100394A EP 0121037 B1 EP0121037 B1 EP 0121037B1
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word processor
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Peter Dipl.-Ing. Ninnemann
Dieter Dipl.-Ing. Wollscheid
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Program-control systems
    • G05B19/02—Program-control systems electric
    • G05B19/04—Program control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
    • G05B19/05—Programmable logic controllers, e.g. simulating logic interconnections of signals according to ladder diagrams or function charts
    • G05B19/052—Linking several PLC's

Definitions

  • Programmable logic controllers are described, for example, in the magazine Siemens Energytechnik 1979, Issue 2, pages 43 to 47; in volume 4, pages 136 to 139 or in the magazine Siemens Energytechnik 1980, volume 9, pages 360 to 363 and in the European patent 10170 and US-PS 3921146 or 3942158 described in more detail.
  • a more user-friendly programmable logic controller should perform logical operations of one-bit data as well as complex functions with word-wide data, e.g. Can perform arithmetic functions, data transfer, timing and counting. It is essential here that the purely binary logic commands are executed much more frequently in the cyclically operating program than the complex functions. The runtime of the overall program and thus the response time of the controller thus depends much more on the execution time of the binary logic commands than on the runtime of the complex functions.
  • the object of the present invention is to provide a simple structure of a programmable multi-processor controller of the type mentioned at the outset, with which the runtime of the overall program can be minimized.
  • the binary signals coming from the process signal forms of the periphery modules are word-wide, e.g. 8 bits wide, can be transmitted via peripheral and internal system bus.
  • the dotted-line CPU 3 of the programmable logic controller which processes the signals coming from the peripheral units in accordance with the specified user program, essentially consists of a word processor 1 and a bit processor 2.
  • the word processor 1 is a conventional microprocessor, e.g. Organized 8 bits wide, and is used to perform the complex function with word-wide data. These include e.g. arithmetic operations, data transfer, timing and / or counting.
  • the word processor 1 controls and addresses the so-called peripheral bus 11, which is connected to its internal bus 13 via a driver stage 15. On this peripheral bus 11 are the input and output stages 4 from and to the process, intelligent peripherals 5, e.g. Path and speed evaluation modules and coupling modules 6 are connected to connect a computer.
  • the word processor 1 also has a serial interface 14 with which a connection to a programming and test device can be established, and also an internal system bus 12 connected via driver stages 16, which does not leave the processor module and is therefore very fast.
  • the operating system memory 17 for the word processor and a working memory 18 are connected to this internal system bus 12; the word processor also has access to this system bus 12 to the bit processor 2 and via data switches 9 also access to the plug-in user program memory 7 and to the data memory 8 with a process image.
  • the controller only works with this process image of the input and output signals of the I / O modules and exchanges this process image with the I / O at the cycle ends.
  • the fast bit processor 2 only has access to the user program memory 7 and data memory 8 via the data switches 9.
  • This bit processor 2 sequentially reads the instructions of the user program stored in the user program memory 7 and manipulates the process image accordingly in the case of binary linkage commands, i.e. the binary data in the data memory 8. If the bit processor 2 encounters a word command while reading the user program, it stops and provides the word processor with the information necessary for processing the word command, advantageously in such a way that the word processor has an entry address in the bit processor a corresponding program part is provided for the execution of commands. If the word command - possibly with access to the user program memory 7 and data memory 8 - is ended, the word processor 1 starts the bit processor 2 again, which continues to process the user program. The word processor 1 is not burdened by long bus runtimes on the peripheral bus during its command collection and during other operations.
  • the word processor 1 also has the task of transferring data between the process signal forms in the peripheral modules 4 and the data memory 8. For this purpose, he uses the peripheral bus 11 and the internal system bus 12. In order to keep the times as short as possible even when exchanging data, the process signal forms in the peripheral modules 4 are organized word-wide (e.g. 8 bits), so that several binary signals, e.g. Switch positions correspond to «On», «Off», can be transferred simultaneously.
  • word-wide e.g. 8 bits
  • the word processor also has the task of processing operating system functions, such as Start-up routines, self-diagnosis, coupling to the programming and test facility via the serial interface and test and commissioning function.
  • operating system functions such as Start-up routines, self-diagnosis, coupling to the programming and test facility via the serial interface and test and commissioning function.
  • the word processor 1 handles the bit processor 2 like an intelligent peripheral. Since both the user program memory 7 and the data memory 8 can be addressed by both processors, the word processor 1 must stop the bit processor 2 when one of these two memories is accessed. Both processors can be operated clock-synchronously and, if necessary, synchronized internally in the bit processor.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine speicherprogrammierbare Steuerung mit zyklisch durchlaufenem Anwenderprogramm, bestehend zumindest aus:
    • a) einem Wortprozessor zur Bearbeitung von Betriebssystem- und Wortbefehlen,
    • b) einem Bitprozessor zur Bearbeitung binärer Verknüpfungsbefehle,
    • c) Betriebssystemspeicher, Anwenderprogrammspeicher, Datenspeicher mit binärem Prozessabbild und Peripheriebaugruppen und
    • d) Bussen zur Verbindung der vorgenannten Komponenten.
  • Speicherprogrammierbare Steuerungen sind beispielsweise in der Zeitschrift Siemens Energietechnik 1979, Heft 2, Seiten 43 bis 47; in Heft 4, Seiten 136 bis 139 oder in der Zeitschrift Siemens Energietechnik 1980, Heft 9, Seiten 360 bis 363 sowie in der europäischen Patentschrift 10170 und den US-PS 3921146 oder 3942158 näher beschrieben.
  • Eine komfortablere speicherprogrammierbare Steuerung soll sowohl logische Verknüpfungen von ein Bit breiten Daten durchführen als auch komplexe Funktionen mit wortbreiten Daten, z.B. Arithmetikfunktionen, Datentransfer, Zeitenbildung und Zählvorgänge, ausführen können. Wesentlich ist hierbei, dass in dem zyklisch arbeitenden Programm die rein binären Verknüpfungsbefehle sehr viel häufiger durchlaufen werden als die komplexen Funktionen. Die Laufzeit des Gesamtprogrammes und damit die Reaktionszeit der Steuerung hängt also wesentlich stärker von der Ausführungszeit der binären Verknüpfungsbefehle als von der Laufzeit der komplexen Funktionen ab.
  • Es ist daher vorteilhaft, ein Mehrprozessorsystem zu verwenden, bei dem die Ausführung der Binärbefehle einem gesonderten schnellen Bitprozessor übertragen wird, wogegen ein relativ langsamer Wortprozessor die komplexen Funktionen ausführen kann (vgl. z.B. Zeitschrift Siemens Energietechnik 1980, Heft 9, Seite 361). Bei der bekannten speicherprogrammierbaren Steuerung mit Wort- und Bitprozessor sind an die Busse der Prozessoren auch die Eingangs- und Ausgangsbaugruppen angeschlossen. Da diese Bussysteme daher die Prozessorbaugruppen verlassen und gegebenenfalls auch über den Gehäuserahmen des eigentlichen Steuergerätes hinausgehen müssen, ergeben sich relativ hohe Buslaufzeiten und damit relativ hohe Befehlsausführungszeiten.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen einfachen Aufbau einer speicherprogrammierbaren Mehrprozessorsteuerung der eingangs genannten Art anzugeben, mit der sich die Laufzeit des Gesamtprogrammes minimieren lässt.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch folgende Merkmale gelöst:
    • e) Der Wortprozessor verfügt über einen gesonderten Peripheriebus zum Datenverkehr mit den Peripheriebaugruppen und einen davon getrennten internen Systembus zum Datenverkehr mit den übrigen genannten Komponenten,
    • f) der Datentransfer zwischen den Peripheriebaugruppen und dem Datenspeicher läuft ausschliesslich über den Wortprozessor, wobei der Bitprozessor bei einem Zugriff des Wortprozessors auf den Datenspeicher angehalten wird,
    • g) der Bitprozessor hat nur über eigene getrennte interne Busse Zugriff auf den Anwenderprogrammspeicher und den Datenspeicher,
    • h) der das Anwenderprogramm abarbeitende Bitprozessor geht beim Erkennen eines Wortbe--fehls in den Haltezustand und stösst hierdurch den Wortprozessor zur Abarbeitung des betreffenden Wortbefehls an und
    • i) der Wortprozessor startet nach Abarbeitung des Wortbefehls erneut den Bitprozessor.
  • Durch die Abkoppelung des Bitprozessors und des internen Systembusses des Wortprozessors von der Peripherie lassen sich Befehle sehr rasch ausführen und damit die gesamte Bearbeitungszeit des Programmes verkürzen.
  • Damit durch den an den Zyklusgrenzen erforderlichen Austausch des Prozessabbildes zwischen Peripherie und Datenspeicher die Laufzeit des Programmes nicht zu sehr anwächst, ist es ferner vorteilhaft, wenn die von den Prozesssignalformen der Peripheriebaugruppen kommenden Binärsignale wortbreit, z.B. 8 Bit breit, über Peripherie- und internen Systembus übertragen werden.
  • Anhand einer Zeichnung sei die Erfindung näher erläutert:
  • Die gestrichelt umrandete gezeichnete Zentraleinheit 3 der speicherprogrammierbaren Steuerung, die die von den Peripherieeinheiten kommenden Signale gemäss dem vorgegebenen Anwenderprogramm bearbeitet, besteht im wesentlichen aus einem Wortprozessor 1 und einem Bitprozessor 2. Der Wortprozessor 1 ist ein üblicher Mikroprozessor, z.B. 8 Bit breit organisiert, und dient zur Ausführung der komplexen Funktion mit wortbreiten Daten. Hierzu gehören z.B. arithmetische Operationen, Datentransfer, Zeitbildung und/oder Zählvorgänge. Der Wortprozessor 1 steuert und adressiert den sogenannten Peripheriebus 11, der über eine Treiberstufe 15 an seinen internen Bus 13 angeschlossen ist. An diesen Peripheriebus 11 sind die Ein- und Ausgabestufen 4 von und zum Prozess, intelligente Peripherie 5, wie z.B. Weg- und Geschwindigkeitsauswertungsbaugruppen und Koppelbausteine 6 zum Anschluss eines Rechners angeschlossen.
  • Der Wortprozessor 1 verfügt ferner über eine serielle Schnittstelle 14, mit der eine Verbindung zu einer Programmier- und Testeinrichtung hergestellt werden kann, und auch über einen über Treiberstufen 16 angeschlossenen internen Systembus 12, der die Prozessorbaugruppe nicht verlässt und damit sehr schnell ist. An diesen internen Systembus 12 sind der Betriebssystemspeicher 17 für den Wortprozessor und ein Arbeitsspeicher 18 angeschlossen; ferner hat der Wortprozessor über diesen Systembus 12 Zugriff zum Bitprozessor 2 und über Datenweichen 9 auch Zugriff zum steckbaren Anwenderprogrammspeicher 7 und zu dem Datenspeicher 8 mit Prozessabbild. Die Steuerung arbeitet lediglich mit diesem Prozessabbild der Eingangs- und Ausgangssignale der Peripheriebaugruppen und tauscht dieses Prozessabbild an den Zyklusenden mit der Peripherie aus.
  • Der schnelle Bitprozessor 2 hat über die Datenweichen 9 nur Zugriff zu Anwenderprogrammspeicher 7 und Datenspeicher 8. Dieser Bitprozessor 2 liest sequentiell die im Anwenderprogrammspeicher 7 stehenden Befehle des Anwenderprogrammes ab und manipuliert bei binären Verknüpfungsbefehlen entsprechend das Prozessabbild, d.h. die binären Daten im Datenspeicher 8. Stösst der Bitprozessor 2 auf einen Wortbefehl beim Lesen des Anwenderprogrammes, so hält er an und stellt dem Wortprozessor die notwendige Information zur Bearbeitung des Wortbefehls zur Verfügung, vorteilhaft in der Weise, dass dem Wortprozessor im Bitprozessor eine Einsprungadresse in einen entsprechenden Programmteil zur Befehlsausführung zur Verfügung gestellt wird. Ist der Wortbefehl - gegebenenfalls unter Zugriff auf Anwenderprogrammspeicher 7 und Datenspeicher 8 beendet, so startet der Wortprozessor 1 erneut den Bitprozessor 2, der in der Abarbeitung des Anwenderprogrammes fortfährt. Der Wortprozessor 1 ist dabei während seiner Befehlseinholung und während anderer Operationen nicht durch hohe Buslaufzeiten auf dem Peripheriebus belastet.
  • Der Wortprozessor 1 hat auch die Aufgabe des Datentransfers zwischen den Prozesssignalformen in den Peripheriebaugruppen 4 und dem Datenspeicher 8 zu besorgen. Hierzu benutzt er den Peripheriebus 11 und den internen Systembus 12. Um auch bei dem Datenaustausch die Zeiten möglichst klein zu halten, sind die Prozesssignalformen in den Peripheriebaugruppen 4 wortbreit (z.B. 8 Bit) organisiert, so dass jeweils mehrere Binärsignale, die z.B. Schalterstellungen «Ein», «Aus» entsprechen, gleichzeitig übertragen werden können.
  • Der Wortprozessor hat auch noch die Aufgabe der Bearbeitung von Betriebssystemfunktionen, wie z.B. Anlaufroutinen, Selbstdiagnose, Kopplung zur Programmier- und Testeinrichtung über die serielle Schnittstelle und Test- und Inbetriebnahmefunktion.
  • Der Wortprozessor 1 hantiert den Bitprozessor 2 wie einen intelligenten Peripheriebaustein. Da sowohl der Anwenderprogrammspeicher 7 als auch der Datenspeicher 8 von beiden Prozessoren angesprochen werden können, muss der Wortprozessor 1 bei einem Zugriff auf einen dieser beiden Speicher den Bitprozessor 2 anhalten. Beide Prozessoren können taktasynchron betrieben und bei Bedarf intern im Bitprozessor synchronisiert werden.

Claims (3)

1. Speicherprogrammierbare Steuerung mit zyklisch durchlaufenem Anwenderprogramm, bestehend zumindest aus:
a) einem Wortprozessor zur Bearbeitung von Betriebssystem- und Wortbefehlen.
b) einem Bitprozessor zur Bearbeitung von Binärverknüpfungsbefehlen,
c) Betriebssystemspeicher, Anwenderprogrammspeicher, Datenspeicher mit binärem Prozessabbild und Peripheriebaugruppen und
d) Bussen zur Verbindung der vorgenannten Komponenten, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
e) der Wortprozessor (1) verfügt über einen gesonderten Peripheriebus (11) zum Datenverkehr mit den Peripheriebaugruppen (4, 5) und einen davon getrennten internen Systembus (12) zum Datenverkehr mit den übrigen genannten Komponenten.
f) der Datentransfer zwischen den Peripheriebaugruppen (4, 5) und dem Datenspeicher (8) läuft ausschliesslich über den Wortprozessor (1), wobei der Bitprozessor (2) bei einem Zugriff des Wortprozessors (1) auf den Datenspeicher (8) angehalten wird,
g) der Bitprozessor (2) hat nur über eigene getrennte interne Busse (21, 22) Zugriff auf den Anwenderprogrammspeicher (7) und den Datenspeicher (8),
h) der das Anwenderprogramm abarbeitende Bitprozessor (2) geht beim Erkennen eines Wortbefehls in den Haltezustand und stösst hierdurch den Wortprozessor (1) zur Abarbeitung des betreffenden Wortbefehls an und
i) der Wortprozessor (1) startet nach Abarbeitung des Wortbefehls erneut den Bitprozessor (2).
2. Speicherprogrammierbare Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der über den Wortprozessor (1) laufende Datentransfer des Prozessabbildes zwischen den Peripheriebaugruppen (4, 5) und dem Datenspeicher (8) wortbreit organisiert ist.
3. Speicherprogrammierbare Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an den Peripheriebus (11) zusätzlich Baugruppen (6) zur Rechnerankopplung anschliessbar sind.
EP84100394A 1983-01-28 1984-01-16 Speicherprogrammierbare Steuerung Expired EP0121037B1 (de)

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DE19833302929 DE3302929A1 (de) 1983-01-28 1983-01-28 Speicherprogrammierbare steuerung
DE3302929 1983-01-28

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EP0121037A2 EP0121037A2 (de) 1984-10-10
EP0121037A3 EP0121037A3 (en) 1985-08-21
EP0121037B1 true EP0121037B1 (de) 1988-04-20

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Country Status (8)

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EP (1) EP0121037B1 (de)
JP (1) JPS59142611A (de)
AT (1) ATE33724T1 (de)
DE (2) DE3302929A1 (de)
DK (1) DK34884A (de)
ES (1) ES529241A0 (de)
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